AIは数分間の記録に基づいて、人がCOVID-19に感染したかどうかを判断できますか？

今日の若者は、「エモ」という言葉をキャッチフレーズとして使うことに慣れているが、本当の「うつ病」が何を意味するのかを無視している。人間の感情にも「価値」があるのなら、体温や血圧を測定するのと同じくらい簡単に感情を検査するにはどうすればいいのでしょうか?

人工知能技術は、音を通じて発せられる感情情報を研究している。例えば、楊子主演のテレビシリーズ「女心理師」では、AIシステムが電話をかけてきた人の自殺傾向を分析・介入するシーンがある。呼吸器疾患からパーキンソン病や慢性老年病などの生理学的疾患、さらにはうつ病、産後うつ病、認知障害、脳震盪などの精神疾患まで、これらこそが AI 探索の方向性、「音声バイオマーカー」なのです。

IT Orangeは、「AIが音声でCOVID-19を診断」に関する最近の速報に注目しました。ファイザーはResApp株を1株当たり0.115豪ドル、総額1億豪ドルで買収することに合意しましたが、取引には裁判所と株主の承認が必要です。 ResAPPは現在、咳の音を分析して新型コロナウイルスに感染しているかどうかを診断できるアプリを開発している。

原点に立ち返れば、患者の声を聞くことで医師の病状の判断を補助するという話は不思議ではない。古来より中医学が重視してきた「見る、嗅ぐ、尋ねる、感じる」の「聞く」とは、音や呼吸を聞くことであり、現代医学の分野で聴診器が発売されたのは1819年のことである。医療分野では画像データだけでなく音声データも必要な医療データであることがわかります。しかし、対面での診察や医師の判断といった従来の治療法とは異なり、人工知能を活用した医療では遠隔医療や機械診断が可能になります。 COVID-19の感染が猛威を振るい、世界中で医療資源が不足する中、この方法は「緊急のニーズ」を解決できるかもしれない。

この記事では、ポピュラーサイエンスに焦点を当て、次の 4 つの質問に簡単に答えます。

• AI音声認識はどのようにしてCOVID-19とうつ病をスクリーニングするのでしょうか?
• ファイザーが買収を計画しているResApp社の何が特別なのでしょうか?
• 他に世界的に投資を受けた同様の企業はありますか?
• この点に関して国内企業はどのような試みや検討を行ってきたのでしょうか?

音声でウイルス感染の有無を判断する方法

音によるCOVID-19感染の検出は信頼できるのでしょうか？この質問に戻るには、科学的なレベルに戻る必要があります。研究により、人体が音を出すと、それに対応するバイオマーカーが生成されることが明らかになっています。人体に健康上の問題がある場合、病気の特定の干渉により、人体の 1 つまたは複数のシステムに微妙で感知できないが特徴的な変化が生じ、バイオマーカーの内容が変化します。この変化は機械によって検出、分析、計算することができます。

実際、ここ2年ほどで登場したばかりの新型コロナウイルスに感染しているかどうかをAIが音声認識で判別するのに比べ、PTSD（心的外傷後ストレス障害）やうつ病などの精神疾患の判定・特定にもAIが早くから活用されていた。たとえば、うつ病の患者は、話し方が遅い、声量が不安定、声の震え、発話リズムが異常などの症状を示すことがよくあります。

2015年、ニューヨーク大学ランゴーン医療センターの研究者らはニューラルネットワークを使用して30の音声特徴を発見した。例えば、機械学習アルゴリズムは、心的外傷後ストレス障害を患う250人以上の人の発音における母音間隔が大幅に短くなっていることを示しました。これらの特徴は、5 年間にわたる大規模な前向きコホート研究において、PTSD を患う退役軍人と PTSD に罹患していない退役軍人 (または健康な対照群) を区別する可能性がある。開発の初期段階で、研究者らはシステムがPTSDを77パーセントの精度で診断できることを発見した。

そこで、聴覚を心理診断の補助に活用した上で、音を通じて新型コロナウイルスに感染しているかどうかを判断するのにもAIが役立つというわけだ。

カーネギーメロン大学（CMU）の研究チームは、長年にわたり音声科学捜査技術の研究に取り組んできました。彼らの研究により、人の声は臓器の状態や健康状態に影響を受け、生理学的/心理学的、さらには医学的なデータを明らかにする可能性があることがわかりました。新型コロナウイルスに感染した患者は肺に病変が生じ、呼吸パターンなどのパラメータに影響を及ぼし、発する音（呼吸間隔、咳など）に異常な特徴が現れます。アルゴリズムはデータを学習することでこれらの症状を捉え、識別することができます。

時間スペクトル図

カーネギーメロン大学は2020年4月という早い時期に、COVID Voice Detectorという簡単なテストプログラムをリリースしました。このプログラムでは、被験者は個人の健康に関する情報を記入し、咳、英語の母音の発音、数字やアルファベットの読み方などの音声情報を記録する必要がありました。システムは最終的に、録音された音が収集された COVID-19 患者データの感染プロファイルとどの程度一致しているかを示すスコアを返します。

プロセス全体の実装には、早期のデータ収集、中期のデータ分析モデルと機械学習の構築、後期のデータサンプリング、データマッチング、結果のフィードバックが必要です。

まず、研究者は、COVID-19の陽性と陰性が確認された人々から大量の音声録音テストデータを収集し、これらの音声バイオマーカーのスペクトログラムを生成する必要があります。機械モデルは、その微妙な変化を感知して分析するようにトレーニングされ、学習されます。最終応用段階では、人工知能が、ユーザーが提出した録音と、臨床試験におけるCOVID-19陽性参加者の録音に基づく合成画像を比較し、それらの相関関係を判断します。最後に、マシンはフィードバックして結果を出力します。

したがって、機械認識の精度はデータ情報の豊富さに大きく依存します。トレーニングサンプルデータが十分に大きく豊富であれば、機械の判断の精度も向上します。

ResAppは、インドと米国の741人の患者を対象とした臨床試験で、このアルゴリズムがコロナウイルス感染の92％を正確に検出したと述べた。 ResAppDx は現在、欧州市場で CE 認証を取得しており、オーストラリアでは TGA ライセンス承認を受けています。

注目すべきは、アプリによるスクリーニングは臨床医の診断に完全に取って代わることはできないが、COVID-19の早期警告として、あるいは診断ではなくスクリーニングとして使用できることだ。 ResAPPはまた、「検査結果が感染していない場合は、迅速抗原検査やPCR検査を行う必要がないようにプロセスが設計されているが、プログラムが新型コロナウイルスへの感染を診断した場合は、人々は通常の検査を続ける必要がある」と述べた。

ResAppってどんな会社ですか？

Google検索や公式サイトの公開情報から、ResApp Healthは「生まれ変わった」新会社であることがわかりました。ResApp Diagnosticsは、2005年にオーストラリア証券取引所に上場した生物学会社Narhex Life Sciencesの逆買収を通じて株式を公開しました。2014年に両者はオーストラリアのブリスベンに本社を置くResApp Healthを設立しました。その背後にあるコアチームのメンバーも多様な経歴を持っています。社外会長のロジャー・アストン博士は生物学のバックグラウンドを持ち、大手製薬会社数社の取締役を務めています。CEO 兼ゼネラルマネージャーのトニー・キーティンはクイーンズランド大学で機械工学の博士号を取得し、UniQuest で働いた後、起業して技術の商業化を主に担当していました。共同創設者のブライアン・リードマンは、複数の医療会社を設立した連続起業家で、マーケティングと投資家関係を主に担当しています。

ResApp は、機械学習アルゴリズムを使用して咳の音を分析し、喘息、肺炎、細気管支炎などの病気を診断する、呼吸器疾患の分野でのデジタル診断スクリーニング サービスの提供に重点を置いています。このサービスは、医師の利便性を高めるために遠隔医療ソリューション システムに統合することも、患者向け​​の独立したアプリで実行することもできます。

ResApp には、急性呼吸器疾患の診断、慢性呼吸器疾患の管理、睡眠健康管理の分野で使用される 3 つの主要な製品システムがあります。睡眠健康管理は主に睡眠呼吸障害を持つ人々に役立つことは言及する価値があります。 ResApp は、ベッドサイドのスマートフォンを使用して夜間の呼吸音といびきの音を記録し、閉塞性睡眠時無呼吸症候群 (OSA) を特定する閉塞性睡眠時無呼吸症候群のスクリーニング検査を開発しました。従来の睡眠時無呼吸の診断では、実験室で複数のセンサーを使用して睡眠ポリグラム（PSG）を生成する必要がありましたが、AIによる分析と検出方法はほとんど「感知できない」ため、人体への干渉が最小限に抑えられます。

画像出典：ResApp公式サイト、Google翻訳

また、ResAppは最近、咳の音を聞いて新型コロナウイルスに感染しているかどうかを判定するアプリを開発しており、同社のアプリによる新型コロナウイルスの検出精度は「実際の迅速抗原検査の精度を上回った」と主張している。また、ResAppは買収の意向を表明したほか、同社とファイザーが新型コロナウイルスに関する研究開発ライセンス契約を締結すると発表した。

現在、オーストラリア証券取引所におけるResAppの株価は0.11オーストラリアドル、時価総額は約1億オーストラリアドルです。また、米国株式市場のOTC（店頭取引）部門でも取引可能です。

他にこのような音声分析を使用している AI 医療企業はあるでしょうか?

「音声バイオマーカー」研究に取り組んでいる民間企業はどこですか?以下の表を参照してください。

IT Orangeは、前述のResApp以外にも、診断に音を活用し、資金提供を受けている企業が世界中に存在することを確認しました。例えば、うつ病診断のための音声分析を専門とする米国企業Ellipsis Healthは、シリーズAの資金調達ラウンドで2,600万ドルを完了した。また、AI音声診断技術を開発するカナダのWinterlight Labs、不安やうつ病などの病気の特定に注力する米国のスタートアップKintsugiは、それぞれ過去6か月間にシードラウンドの資金調達で800万ドル、シリーズAの資金調達で2,000万ドルを完了した。

イスラエルの医療技術企業2社、ビヨンド・バーバルとヘルシーマイズが合併して誕生したヴォカリス・ヘルスは、2019年末にイスラエルの医療技術・ライフサイエンスベンチャーキャピタル企業アムーンが主導する900万ドルの資金を調達した。 2021年2月、Vocalisは、COVID-19スクリーニングツールであるVocalis Checkが大規模な臨床試験で検証され、CEマークを取得し、COVID-19スクリーニング用の初のCE承認医療機器になったと発表しました。

上記の企業は「音声バイオマーカー」分野で投資を受けた企業の一部であるが、投資家の数や企業が受けた資金調達の段階に関係なく、この市場セグメントは非常に最先端の分野であり、まだ非常に初期段階にあり、短期的には商業化は望み薄である。特に中国では、老舗のiFlytekや新興のUnisound、AISpeechなど、インテリジェント音声の分野では成熟した大手AI企業が数多く存在するものの、現時点では公的に実現可能なAI音声バイオマーカー製品/ソリューションは存在しません。しかし、中国にはこの方向性を模索している、あるいは模索しているスタートアップ企業が 2 社あります。

イマジネーションテクノロジーは2014年に設立され、音声感情分析や心理評価サービスを提供しており、ソーシャルな方向性にも挑戦しています。 2017年に「感情診断」に着目し、AI＋メンタルヘルスの可能性を探求するWonder AI Labを設立。その知覚AIモデルは、個人の感情をリアルタイムで認識し、心理学や精神疾患などの複数の分野の知識を統合し、最終的にEQの専門家によってマークされた350万以上の感情音声データに基づいて、インテリジェントな音声メンタルヘルスプラットフォームに適用します。

科慧建源は2019年に設立され、スタートアップコンテストで、自社開発した言語発達障害のある子供のためのAI病理ロボットを披露しました。AI顔認識技術、眼球運動データ分析技術、病理音声デジタル分析技術、自閉症および言語関連障害スクリーニングシステムを使用して、言語遅延、子供の構音障害、自閉症、言語遅延などの病気をスクリーニングおよび特定します。しかし、このプロジェクトが実際に実行され、市場に投入されるかどうかはまだ不明です。

AI を活用したユニバーサル医療とパーソナライズ医療は、現代の医療診断がもはや臨床応用に限定されず、何千もの家庭に浸透し、より便利で利用しやすいものになることを意味します。この道は長く困難ではありますが、無限の価値があり、歩み出す価値があります。